In the present study, we aim to synthesize and characterize magnetic Mg/Al layered double hydroxide (LDH) composites and to assess the feasibility of magnetic LDH for effective iodide decontamination process. Magnetic Mg/Al layered double hydroxides (LDH) with three cationic ratios (Mg/Al = 2:1, 3:1, and 4:1) were successfully synthesized and utilized in an iodide adsorption study. The effects of the Mg/Al ratio of LDH on iodide adsorption were investigated, and physicochemical properties of synthetic LDHs depending on Mg/Al ratio were confirmed by XRD, TEM, ICP-OES, VSM, Zeta-potential, and BET analyses. The ferrimagnetic property was well preserved even after a coating of LDH on magnetite irrespective of the Mg/Al ratio. Among the three Mg/Al ratios, the calcined $Fe_3O_4$@4:1 Mg/Al LDH exhibited excellent performance for iodide removal with 105.04 mg/g of the maximum iodide adsorption capacity due to its wide interlayer spacing and largest BET surface area. In the presence of competing carbonate anions, the $Fe_3O_4$@4:1 LDH showed a removal rate of more than 80 % at a dosage of over 3 g/L solid to liquid ratio. The recyclability test of $Fe_3O_4$@4:1 LDH showed that the removal performance for iodide is maintained at more than 80 % even during the first to the fourth cycles. These results demonstrated that the magnetic Mg/Al LDH adsorbent can be effectively utilized for remediation of radioactive iodide anions with high efficiency and economics.
본 연구의 목적은 수용액 내 방사성 요오드를 효과적으로 제염하기 위해 자성 입자를 도입한 Mg/Al 층상이중수산화물 (LDH) 복합체를 합성하고 특성화하며, 수용액 내 요오드 음이온에 대한 흡착 능력을 최적화하는 데 있다. 이를 위해, 세 가지의 양이온 비 (Mg/Al = 2:1, 3:1, 및 4:1)를 갖는 LDH 복합체를 합성한 후, 요오드 음이온 (I-)에 대한 흡착 능력을 평가하였다. 본 연구는 LDH 복합체의 요오드 흡착능에 대한 양이온 비 효과를 규명하고, 양이온 비에 따른 LDH 복합체의 물리 화학적 특성을 다양한 분석법(X-선 회절 분석, 투과 전자 현미경, 유도 결합 플라즈마 분광 분석, 진동시료형 자력계, 및 비표면적 분석)을 통해 확인하였다. LDH 복합체는 Mg/Al 비와 관계없이 준 강자성체의 자기특성을 나타내었다. 세 가지의 양이온 비 중, 4:1 Mg/Al LDH 복합체는 가장 넓은 층간 간격과 비표면적을 가졌으며, 이에 따라 요오드 음이온에 대해 105.04 mg/g의 가장 좋은 흡착 특성을 나타내었다. 탄산 이온이 존재하는 조건에서 4:1 Mg/Al LDH 복합체는 액체 대비 흡착제 투입량이 3 g/L 이상일 때, 80 % 이상의 뛰어난 제거 효율을 나타내었으며, 흡착제 재사용의 경우, 첫 번째에서 네 번째 주기 동안 요오드 음이온에 대해 80 % 이상의 제거효율이 유지되었다. 이로부터 자성 Mg/Al LDH 복합체가 방사성 폐수 내 요오드 처리 공정에 경제적이면서 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
